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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Prüfung von Fahrzeugrädern, Radnaben,
Radlagern, Radschrauben, Bremsscheiben und Bremstrommeln gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 197 58 241
C2 ist eine gattungsgemäße Einrichtung
zur Prüfung
von Fahrzeugrädern
bekannt. Diese Einrichtung umfasst eine Halteeinrichtung zum drehbaren
Befestigen eines Fahrzeugrades und zum Verschwenken desselben in
unterschiedliche Winkel. Des Weiteren weist diese Einrichtung eine
Antriebseinrichtung zum Drehen einer Trommel auf, wobei die Trommel
derart um das Fahrzeugrad herum angeordnet ist, dass das Fahrzeugrad über einem
darauf befindlichen Reifen mit einer inneren Umfangsrolle der Trommel
in Rolleingriff bringbar ist. Das Fahrzeugrad ist zur Positionierung desselben
in der Trommel von einer Belastungseinrichtung aufgenommen, so dass
das Fahrzeugrad in Abhängigkeit
der zu simulierenden Betriebslasten der Trommel zuordenbar ist.
Bei dieser Prüfeinrichtung
werden aufgrund der Ausbildung der Betätigungseinrichtung maximal
zwei senkrecht zueinander auf die Radachse einwirkende Krafterzeuger
für Vertikal-
und Horizontalkräfte
genutzt, die stationär oder
als zeitlich veränderbare
Größen wirksam
sind. Solche Prüfeinrichtungen,
die nach dem Wirkprinzip der zweiaxialen Radprüfeinrichtungen arbeiten, gewährleisten
eine dem realen Straßenfahrbetrieb ähnliche
Radquerkraft nur unter Nutzung eines Anlaufringes in der Trommel,
welche in Kontakt mit der Reifenseitenwand gebracht wird. Hierdurch
ergeben sich vom realen Straßenfahrbetrieb
grundsätzlich
abweichende Bedingungen für
die Beanspruchung von Reifen und Rad, was im Hinblick auf die Gültigkeit
der Erprobungsergebnisse für
das Rad durch eine Sturzverstellung um den Radaufstandspunkt näherungsweise
korrigiert wird. Dadurch sind vom realen Fahrbetrieb vollkommen
unterschiedliche Sturzeinstellungen des Rades erforderlich, so dass
ein seitenkraftabhängiger
Sturzwinkel von bis zu 15° eingestellt
wird. Im realen Fahrbetrieb liegen die Sturzeinstellungen im Allgemeinen
zwischen 3° bis
5°. Der mit
der vergrößerten Sturzeinstellung
erreichte Effekt soll der sich im realen Fahrbetrieb bei höheren Reifenschräglaufwinkeln
einstellenden Radseitenkraft näherungsweise
entsprechen und lässt
sich in den zweiaxialen Radprüfeinrichtungen
aufgrund deren eingeschränkten
kinematischen Radfreiheitsgrade nicht realistischer darstellen.
Gegenüber
den am Fahrzeug üblichen
Bewegungsfreiheitsgraden speziell gelenkter Räder werden bei den bisher genutzten Prüfeinrichtungen
lediglich eine unvollständige
Anzahl dieser Freiheitsgrade und eine damit nur näherungsweise
aufgeführte
Betriebslastensimulation gewährleistet.
Dies wird besonders deutlich bei der Betrachtung der Wirkprinzipien
von Biegeumlauf- beziehungsweise Radialrollprüfeinrichtungen, bei denen in stark
vereinfachter Form ausschließlich
Horizontal- beziehungsweise Vertikalkräfte simuliert werden, wobei
dadurch eine wirklichkeitsnahe, umfassende Betriebslastensimulation
nicht möglich
ist.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum
Prüfen
von Fahrzeugrädern
beziehungsweise Baugruppen von Fahrzeugrädern vorzuschlagen, die eine
zum Straßenfahrbetrieb
direkt vergleich bare Beanspruchung ermöglicht, so dass eine Laborerprobung
mit einer im Wesentlichen dem tatsächlichen Fahrbetrieb entsprechenden Simulationsgüte erzielt
wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
sind in den weiteren Ansprüchen
angegeben.
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Durch
die Ausgestaltung der Einrichtung zur Prüfung von Fahrzeugrädern mit
einer Belastungseinrichtung, welche eine aus Arbeitszylindern, insbesondere
sechs Arbeitszylindern, bestehende parallel-kinematische Aktorik
umfasst, die eine obere Plattform in der Lage und dem Winkel veränderbar tragen,
an welcher eine das Fahrzeugrad aufnehmende Halteeinrichtung angeordnet
ist, wird ermöglicht,
dass die dem realen Fahrbetrieb entsprechenden Bewegungsfreiheitsgrade
in einer laborgestützten
Prüfeinrichtung
vollständig
umgesetzt werden können,
was zu einer maßgeblichen
Verbesserung der Ergebnisgüte
in der experimentellen Betriebslastensimulation führt.
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Dies
beruht insbesondere darauf, dass im Vergleich zur Prüfeinrichtung
gemäß der
DE 197 58 241 C2 keine
resultierenden Kräfte
erfasst werden, und zwar diejenigen Kräfte, die aufgrund des in der Trommel
angeordneten Anlaufringes gegen die Reifenseitenwand wirken, sondern
dass die in dem Fahrbetrieb tatsächlich
wirkenden Kräfte
im Reifenlatsch beziehungsweise in der Reifenaufstandsfläche erfasst
werden. Eine durch die parallel-kinematische Aktorik realisierte
Bewegungsfähigkeit
des Fahrzeugrades beziehungsweise einer Baugruppe des Fahrzeugrades
sowie die Umrechung der wirksamen Kräfte der Arbeitszylinder in
einen resultierenden Kraftvektor im Reifenlatsch erlaubt die Simulation
realer Bewegungs- und Verformungsverhältnisse und damit eine besonders
hohe Güte
in der Betriebslastensimulation von Fahrzeugrädern.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Einrichtung zum Prüfen
von Fahrzeugrädern
und Baugruppen von Fahrzeugrädern
ermöglicht
des Weiteren eine kinematische Umkehrung der Bewegungsmechanismen
bei der Fahrwegverfolgung. Dadurch kann beispielsweise bei der Simulation einer Schlechtwegüberfahrt
das Fahrzeugrad quasi statisch mit einer Spitzenlast beaufschlagt
werden, so dass jeder Punkt am Umfang des Fahrzeugrades mit einer
Spitzenlast beaufschlagt wird. Dadurch ist eine zeitgeraffte Prüfung ermöglicht und
eine erhöhte
Sicherheit bei der Erprobung gegeben. Zusätzlich wird dadurch eine Reduzierung
der Dynamik in der gesamten Prüfeinrichtung
ermöglicht.
Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Wirkprinzip den Vorteil auf,
dass eine Aufnahme von Lagerreaktionskräften aus den während der
Erprobung wirkenden Lasten direkt im Fahrwegantrieb ermöglicht ist.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Einrichtung zur
Prüfung
von Fahrzeugrädern
und Baugruppen von Fahrzeugrädern
sieht vor, dass die Belastungseinrichtung anstelle einer parallel-kinematischen
Aktorik eine seriell-kinematische Aktorik aufweist. Dadurch werden
die analogen Vorteile wie bei der Einrichtung zur Prüfung von
Fahrzeugrädern
und Baugruppen von Fahrzeugrädern
mit einer Belastungseinrichtung erzielt, welche eine parallel-kinematische Aktorik
aufweist. Beide Aktoriken weisen den Vorteil auf, dass die dadurch
umgesetzte vollständige
Beweglichkeit der Halteeinrichtung und damit des gesamten Fahrzeugrades
eine Straßensimulation
der Bewegungsfähigkeit
rotierender Komponenten erlaubt.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Trommel und ein Rotor der Antriebseinrichtung direkt miteinander
gekoppelt sind. Dadurch wird eine Vereinfachung der Einrichtung
zur Prüfung
von Fahrzeugrädern
im Aufbau ermöglicht,
da auf Kraftübertragungselemente verzichtet
wird. Die direkte Koppelung weist darüber hinaus den Vorteil auf,
dass eine sehr hohe Dynamik, Steifigkeit und Regelungsgenauigkeit
erzielt werden kann.
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Eine
besonders konstruktiv einfache Koppelung und direkte Kraftübertragung
ist bevorzugt dadurch vorgesehen, dass der Rotor der Antriebseinrichtung
an einer Rückwand
der Trommel angreift. Dadurch können
die bewegten Massen reduziert werden. Insbesondere ist vorgesehen,
dass die Rückwand
mit der Trommel verschraubt ist, so dass ein einfacher Austausch
der Trommel ermöglicht
ist.
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Die
Antriebseinrichtung für
den Fahrweg beziehungsweise die Trommel umfasst bevorzugt einen bürstenlosen
mehrphasigen Synchronmotor mit Dauermagneten, der vorzugsweise auch
bei geringer Drehzahl ein hohes Drehmoment erzeugen kann. Darüber hinaus
führt ein
solcher Synchronmotor zu äußerst gleichförmigen Bewegungen
und weist eine exakt kontrollierbare Geschwindigkeitsregelung auf.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Antriebseinrichtung eine gemeinsame Lagerung für den Rotor
und die Trommel aufweist. Eine solche innermotorische Lagerung ermöglicht des
Weiteren eine Reduzierung der Bauteile und somit kostengünstige Konstruktion.
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Zur
einfachen Positionierung des Fahrzeugrades zum Fahrwegantrieb beziehungsweise
zur Trommel ist bevorzugt vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung
und die Trommel gemeinsam längsverschieblich
zur Belastungseinrichtung angeordnet sind. Somit kann eine schnelle
Einstellung einer Neutralposition ermöglicht sein, welche die Zugänglichkeit
zur Halteeinrichtung für
die Montage beziehungsweise Demontage der Fahrzeugräder ermöglicht.
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Die
Antriebseinrichtung und die Trommel sind bevorzugt entlang einer
Linearführung
längsverschieblich
vorgesehen. Dadurch kann ein exakter Verfahrweg erzielt werden,
so dass insbesondere eine Arbeitsposition der Trommel reproduzierbar
eingenommen werden kann.
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Zum
Antrieb der Antriebseinrichtung, welche die Trommel aufnimmt, ist
bevorzugt ein Linearantrieb vorgesehen, um eine schnelle und exakte
Verfahrbewegung durchzuführen.
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Durch
den Linearantrieb wird die Antriebseinrichtung mit der Trommel aus
einer Neutralposition in eine Arbeitsposition übergeführt, wobei die Arbeitsposition
bevorzugt durch einen Endanschlag festgelegt ist. Dadurch kann die
Trommel eine exakte Position zur Durchführung der Prüfung einnehmen.
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Des
Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Belastungseinrichtung
aus einer Arbeitsposition, bei der das Fahrzeugrad im Rolleingriff
mit der Trommel ist, in eine Be- und Entstückungsposition überführbar ist.
Dabei wird die Belastungseinrichtung aus einer Arbeitsposition heraus
bewegt und seitlich verschwenkt, so dass das Fahrzeugrad in einfacher Weise
montiert und auch abgenommen werden kann. Bevorzugt kann diese Bestückungsposition auch
derart vorgesehen sein, dass das Fahrzeugrad unmittelbar oberhalb
eines Montagetisches positioniert wird, der in die Befestigungsposition
einfahrbar ist.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen
derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Beispiele näher
beschrieben und erläutert.
Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale
können
einzeln für
sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt
werden. Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Prüfung von Fahrzeugrädern,
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2 eine
weitere schematische Seitenansicht der Einrichtung gemäß 1 und
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3 eine
schematische Ansicht von oben auf die Einrichtung gemäß 1.
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In 1 ist
eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung 11 zur
Prüfung von
Fahrzeugrädern
und Baugruppen von Fahrzeugrädern
dargestellt, welche zur Durchführung
von Betriebslastensimulationen und Betriebsfestigkeitserprobungen
als auch zur Reifenidentifikation vorgesehen ist. Die Einrichtung 11 umfasst
eine Antriebseinrichtung 12, welche einen Motor 14 mit
einem Rotor 15 umfasst, der eine Trommel 16 aufnimmt.
Die rotierende Trommel simuliert den Fahrweg. Diese Antriebseinrichtung 12 ist
auf einer Linearführung 18 längsverschieblich
angeordnet und wird über
einen nicht näher
dargestellten Linearantrieb aus einer Arbeitsposition 19 in
eine Neutralposi tion 20 (3) verfahren.
Zur Einnahme der Arbeitsposition 19 aus der Neutralposition 20 ist
bevorzugt ein Endanschlag 22 vorgesehen, der an der Linearführung 18 oder
am Boden angebracht ist.
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Die
Trommel 16 weist eine Rückwand 24 auf, an
der der Rotor 15 unmittelbar angreift. Bevorzugt ist die
Trommel 16 durch eine Schraubverbindung lösbar zum
Rotor 15 vorgesehen. Der Rotor 15 ist durch eine
nicht näher
dargestellte Lagerung drehbar aufgenommen. Diese Lagerung dient
gleichzeitig auch zur Aufnahme der bei der Betriebssimulation auf
die Trommel 16 wirkenden Kräfte.
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Die
Einrichtung 11 umfasst ferner eine Belastungseinrichtung 26,
welche gemäß 1 eine
parallel-kinematische Aktorik aus sechs Arbeitszylindern 27 umfasst.
Diese Arbeitszylinder 27 sind entweder am Boden oder auf
einer unteren Plattform 28 fixiert. Gegenüberliegend
greifen die Arbeitszylinder 27 an einer oberen Plattform 31 an.
Durch eine nicht näher dargestellte
Steuerung werden die Arbeitszylinder 27 entsprechend der
durchzuführenden
Betriebslastensimulation angesteuert, wodurch die obere Plattform 31 in
ihrer Lage und ihrem Winkel entsprechend veränderbar ausgerichtet wird.
An der oberen Plattform 31 ist eine Halteeinrichtung 32 vorgesehen,
welche das zu prüfende
Fahrzeugrad 33 aufnimmt. Diese Halteeinrichtung 32 kann
insbesondere als Mitnehmerflansch ausgebildet sein, welche bevorzugt über eine
Verschraubung an der oberen Plattform 31 befestigt ist,
so dass in einfacher Weise verschiedene Halteeinrichtungen 32 an
der oberen Plattform 31 zur Aufnahme verschiedener Fahrzeugräder 33 ermöglicht sind.
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Das
Fahrzeugrad 33 besteht aus der Radscheibe, dem Radbolzen,
der Radnabe einschließlich
dessen Radlager sowie der Bremsscheibe oder Bremstrommel. Dieses
Fahrzeugrad 33 wird als vollständige Baugruppe des Fahrzeugrades
in die Prüfeinrichtung übernommen
und an der Halteeinrichtung 32 beziehungsweise dem prüfstandseitigen
Mitnehmerflansch befestigt.
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Durch
diesen konstruktiven Aufbau der Einrichtung 11, bei welcher
die Belastungseinrichtung 26 getrennt zur Antriebseinrichtung 12 vorgese hen
ist, wird ein einfacher Aufbau und Wartung sowie eine einfache Montage
und Demontage der Fahrzeugräder
ermöglicht.
Diese Einrichtung 11 stellt damit einen besonderen Nutzen
für die
Verbreitung der tatsächlichen
Anwendung dieser Einrichtung 11 zur Erprobung von Fahrzeugrädern und
deren Baugruppen dar.
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Zur
Durchführung
einer Betriebssimulation wird einerseits die Trommel 16 drehangetrieben
und andererseits das Fahrzeugrad 33 in der Trommel 16 in
Rolleingriff gebracht, wobei über
die Arbeitszylinder 27 der parallel-kinematischen Aktorik
der Belastungseinrichtung 26 die entsprechende Beanspruchung
oder zu prüfende
Situation eingestellt wird. Durch die parallel-kinematische Aktorik
können
beliebige Positionen des Fahrzeugrades 33 zur Trommel 16 eingestellt
werden, die form- beziehungsweise kraftschlüssig eine dem realen Fahrbetrieb
entsprechende Beanspruchung des Fahrzeugrades 33 erlauben,
wie beispielsweise die Anstellung einer Vertikalkraft aus Fahrwegverfolgung
beziehungsweise Fahrwegstörung,
die Einstellung einer Horizontalkraft aus Fahrwegverfolgung durch
Reifenschräglauf,
die Einstellung einer Horizontalkraft aus Fahrwegstörung durch
Kontakt mit formschlüssigem
Element des Fahrweges und die Einstellung einer Umfangskraft aus
Fahrwegverfolgung, wie beispielsweise Beschleunigung und Verzögerung.
Die Berechnung der auftretenden Kräfte im Fahrzeugrad 33 können ohne zusätzliche
Messeinrichtungen beziehungsweise Sensoriken erfolgen und werden
aus dem Zusammenwirken der individuellen Positionen der jeweiligen
Arbeitszylinder ermittelt.
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Des
Weiteren wird durch die erfindungsgemäße Einrichtung 11 ein
Rad-Straßensimulator
ermöglicht,
der sich durch die folgenden konstruktiven Wirkprinzipien auszeichnet:
- – Kinematische
Umkehrung der Bewegungsmechanismen bei der Fahrwegverfolgung,
- – parallel-kinematische
Aktorik zur Abbildung von weg- und kraftgesteuerten Wegbefreiungsgraden des
Fahrzeugrades,
- – Umrechung
der in der Erprobung wirksamen aktorischen Last in einen resultierenden
Kraftvektor im Reifenaufstandspunkt oder in der Radnabe und
- – Aufnahme
von Lagerreaktionskräften
aus den während
der Erprobung wirksamen Lasten direkt im Fahrwegantrieb.
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Aufgrund
der vollständigen
Abbildung aller im Fahrbetrieb relevanten Bewegungsfreiheitsgraden
des Fahrzeugrades 33 sowie des Fahrweges in Form der Trommel 16 ermöglicht die
erfindungsgemäße Einrichtung 11 eine
zu den Verfahren der Radialrollprüfung und/oder zweiaxialen Räderprüfung kompatible
Erprobung.
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In 2 ist
eine weitere Seitenansicht der Einrichtung 11 zur Prüfung für Fahrzeugräder und Baugruppen
von Fahrzeugrädern
dargestellt. Die obere Plattform 31 der Belastungseinrichtung 26 ist beispielsweise
parallel ausgerichtet, so dass das Fahrzeugrad 33 in dieser
Position in den Innenraum der Trommel 16 eingefahren werden
kann. Im Anschluss daran wird die obere Plattform 31 entsprechend
versetzt und/oder geneigt, um die einzelnen Betriebslastensimulationen
durchzuführen.
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In 3 ist
eine schematische Ansicht von oben auf die Einrichtung 11 gemäß den 1 und 2 dargestellt.
In dieser Draufsicht befindet sich die Antriebseinrichtung 12 in
einer Neutralposition 20, und die obere Plattform 31 ist
seitlich in eine Bestückungsposition 21 verschwenkt,
so dass das Fahrzeugrad 33 in einfacher Weise demontierbar
und ein neues Fahrzeugrad 33 montierbar ist. Die Halteeinrichtung 32 weist
bevorzugt eine mit Bohrungen ausgebildete Flanschplatte auf, die
austauschbar an der Halteeinrichtung 32 vorgesehen und
universell auf die serienmäßige Lochkreise
und Anschlussmaße
der Fahrzeugbaugruppen angepasst ist, um durch einen einfachen Austausch
der Flanschplatte eine Anpassung für das zu prüfende Fahrzeugrad 33 zu ermöglichen.
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Die
obere Plattform 31 ist beispielsweise durch eine Tragkonstruktion
aus drei Profilstäben ausgebildet,
welche ein gleichschenkliges Dreieck bilden. Alternativ kann auch
eine durchgehende Platte vorgesehen sein.
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Alternativ
zur dargestellten parallelen kinematischen Aktorik kann auch eine
seriell-kinematische Aktorik zur Ausbildung der Belastungseinrich tung 26 vorgesehen
sein. Der konstruktive Aufbau, bei welchem die Belastungseinrichtung 26 getrennt zur
Antriebseinrichtung 12 vorgesehen ist, bleibt dabei erhalten.